JP2022112912A - 光電変換装置、光電変換システムおよび移動体 - Google Patents
光電変換装置、光電変換システムおよび移動体 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022112912A JP2022112912A JP2021008942A JP2021008942A JP2022112912A JP 2022112912 A JP2022112912 A JP 2022112912A JP 2021008942 A JP2021008942 A JP 2021008942A JP 2021008942 A JP2021008942 A JP 2021008942A JP 2022112912 A JP2022112912 A JP 2022112912A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- photoelectric conversion
- contact
- conductivity type
- conversion device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 108
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 24
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 37
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 29
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 11
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 16
- 230000006870 function Effects 0.000 description 11
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 7
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 6
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 6
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000000098 azimuthal photoelectron diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14636—Interconnect structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
- H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0352—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
- H01L31/035272—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
【課題】ＡＰＤにおける高電界に起因するＤＣＲの増加を抑制する。【解決手段】光電変換装置は、第１面および第２面を有する半導体層に配置された第１導電型の第１領域と、前記第２面と前記第１領域との間に配置され、前記第１領域とともにアバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の第２領域と、前記第１面に対する正射影において前記第２領域を取り囲むように前記第１面と前記第２面との間に配置された前記第２導電型の分離領域と、前記分離領域に接するように配置された前記第２導電型のコンタクト領域と、前記第１領域に接続された第１コンタクトプラグと、前記コンタクト領域に接続された第２コンタクトプラグと、を含み、前記第１面に対する正射影において、前記第１コンタクトプラグの中心と前記第２コンタクトプラグの中心との距離は、前記第２領域の中心と前記第２コンタクトプラグの中心との距離より大きい。【選択図】図５
Description
光電変換装置、光電変換システムおよび移動体に関する。
アバランシェ（電子なだれ）増倍を利用し、単一光子レベルの微弱光を検出可能な光検出装置が知られている。特許文献１では、光電変換部を構成する半導体領域のＰＮ接合領域において、単一光子に起因する光電荷がアバランシェ増倍を起こすＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）を開示している。
本発明は、アバランシェフォトダイオード（以下、ＡＰＤ）における高電界に起因するダークカウントレート（Ｄａｒｋ Ｃｏｕｎｔ Ｒａｔｅ（以下、ＤＣＲ））の増加を抑制するために有利な技術を提供することを目的とする。
本発明の１つの側面は、光電変換装置に係り、前記光電変換装置は、第１面および第２面を有する半導体層に配置された第１導電型の第１領域と、前記第２面と前記第１領域との間に配置され、前記第１領域とともにアバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の第２領域と、前記第１面に対する正射影において前記第２領域を取り囲むように前記第１面と前記第２面との間に配置された前記第２導電型の分離領域と、前記分離領域に接するように配置された前記第２導電型のコンタクト領域と、前記第１領域に接続された第１コンタクトプラグと、前記コンタクト領域に接続された第２コンタクトプラグと、を含み、前記第１面に対する正射影において、前記第１コンタクトプラグの中心と前記第２コンタクトプラグの中心との距離は、前記第２領域の中心と前記第２コンタクトプラグの中心との距離より大きい。
本発明の他の１つの側面は、光電変換装置に係り、前記光電変換装置は、第１面および第２面を有する半導体層に配置された第１導電型の複数の第１領域と、前記第２面と前記第１領域との間に配置され、前記複数の第１領域のうち対応する１つの第１領域とともに各々がアバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の複数の第２領域と、前記第１面に対する正射影において、前記複数の第２領域を取り囲むように前記第１面と前記第２面との間に配置された前記第２導電型の分離領域と、前記分離領域に接するように配置された前記第２導電型のコンタクト領域と、前記複数の前記第１領域にそれぞれ接続された複数の第１コンタクトプラグと、前記コンタクト領域に接続された第２コンタクトプラグと、を含み、前記第１面に対する正射影において、前記第２コンタクトプラグの中心と前記複数の第１コンタクトプラグのうち前記第２コンタクトプラグに最も近い最近第１コンタクトプラグの中心との距離をＬ１、前記第２コンタクトプラグの中心と前記最近第１コンタクトプラグの中心とを通る直線上において、前記複数の第１領域のうち前記最近第１コンタクトプラグが接続された最近第１領域と前記複数の第１領域のうち前記最近第１領域に最も近い隣接第１領域との距離をＬ２としたときに、Ｌ１＞０．５Ｌ２である。
本発明によれば、ＡＰＤにおける高電界に起因するＤＣＲの増加を抑制するために有利な技術が提供される。
以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。
図１には、一実施形態の光電変換装置１００の構成が例示されている。図１は、光電変換装置１００は、画素アレイ１０１、制御部１１５、水平走査回路１１１、読み出し回路１１２、複数の信号線１１３、垂直走査回路１１０を備えうる。画素アレイ１０１は、複数の画素１０４が複数の行および複数の列を構成するように配置されうる。各画素１０４は、ＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）を含む光電変換部１０２と、信号処理部１０３とを含みうる。光電変換部１０２は、光を電気信号へ変換する。信号処理部１０３は、光電変換部１０２から出力される電気信号を処理して得られた信号を読み出し回路１１２に出力するように構成されうる。信号処理部１０３は、例えば、カウンタおよびメモリ等を含みうる。該メモリにはデジタル値が格納されうる。
垂直走査回路１１０は、制御部１１５から供給される制御信号を受けて、各画素１０４に制御パルスを供給するように構成されうる。垂直走査回路１１０は、例えば、シフトレジスタおよびアドレスデコーダ等を含みうる。垂直走査回路１１０は、画素アレイ１０１の複数の画素１０４を行単位で選択するように構成されうる。垂直走査回路１１０によって選択された行に属する複数の画素１０４の信号処理部１０３は、複数の信号線１１３のうち対応する信号線１１３に信号を出力する。
水平走査回路１１１は、複数の信号線１１３のうち読み出し回路１１２によって信号を読み出すべき信号線１１３を選択するように複数の信号線１１３を走査するように構成されうる。読み出し回路１１２は、水平走査回路１１１によって選択された信号線１１３の信号を出力回路１１４に供給しうる。出力回路１１４は、読み出し回路１１２から供給された信号を光電変換装置１００の外部または内部に備えられたデバイス、例えば、記録部またはプロセッサに出力しうる。
図１には、複数の画素１０４が２次元状に配置された例が示されているが、複数の画素１０４は１次元状に配置されてもよい。また、画素アレイ１０１は、単一の画素１０４で置き換えられてもよい。信号処理部１０３の機能は、必ずしも全ての画素１０４に個別に設けられる必要はない。例えば、少なくとも２つの画素１０４によって１つの信号処理部１０３が共有され、該少なくとも２つの画素１０４の光電変換部１０２から出力される信号がその共有された信号処理部１０３によって順次に処理されてもよい。
図２には、１つの画素１０４の構成が例示されている。光電変換部１０２は、ＡＰＤ２０１を含む。ＡＰＤ２０１は、入射した光を光電変換して電荷対を生成する。ＡＰＤ２０１のアノードには、電圧ＶＬが供給されうる。また、ＡＰＤ２０１のカソードには、アノードに供給される電圧ＶＬよりも高い電圧ＶＨが供給されうる。アノードおよびカソードには、ＡＰＤ２０１がアバランシェ増倍動作をするような逆バイアス電圧が供給される。このような電圧が供給された状態において、ＡＰＤ２０１に光が入射すると、これによって生じた電荷がアバランシェ増倍を起こして、アバランシェ電流が発生する。逆バイアス電圧が供給される場合において、アノードとカソードとの電位差が降伏電圧より大きい状態で動作するガイガーモードと、アノードとカソードとの電位差が降伏電圧の近傍またはそれより小さい状態で動作するリニアモードとがある。ガイガーモードで動作させるＡＰＤをＳＰＡＤと呼ぶ。例えば、電圧ＶＬは－３０Ｖ、電圧ＶＨは１Ｖである。
クエンチ素子２０２は、電圧ＶＨを供給する電源ラインとＡＰＤ２０１のカソードとを接続するように配置されうる。クエンチ素子２０２は、ＡＰＤ２０１で生じたアバランシェ電流の変化を電圧に変換するする機能を有する。クエンチ素子２０２は、アバランシェ増倍による信号増倍時に負荷回路（クエンチ回路）として機能し、ＡＰＤ２０１に供給される電圧を低下させることによってアバランシェ増倍を抑制する動作をする（クエンチ動作）。
信号処理部１０３は、例えば、波形整形部２１０、カウンタ回路２１１および選択回路２１２を含みうる。波形整形部２１０は、光子検出時に得られるＡＰＤ２０１のカソードの電位変化波形を整形することによってパルス信号を出力する。波形整形部２１０は、例えば、インバータ回路を含みうる。図２では、波形整形部２１０として１つのインバータで構成された例が示されているが、波形整形部２１０は、複数のインバータを直列に接続して構成されてもよいし、波形整形効果がある他の回路で構成されてもよい。カウンタ回路２１１は、波形整形部２１０から出力されたパルス信号をカウントし、それによって得られたカウント値を保持しうる。また、カウンタ回路２１１は、垂直走査回路１１０から駆動線２１３（図１では不図示）を介して制御パルスｐＲＥＳが供給されると、保持された信号をリセットする。選択回路２１２には、垂直走査回路１１０から駆動線２１４（図１では不図示）を介して制御パルスｐＳＥＬが供給されると、カウンタ回路２１１と信号線１１３とを電気的に接続する。選択回路２１２は、例えば、信号線１１３を駆動するバッファ回路などを含んでもよい。クエンチ素子２０２と光電変換部１０２（ＡＰＤ２０１）との間、および／または、光電変換部１０２と信号処理部１０３との間にトランジスタ等のスイッチを配してもよい。光電変換部１０２に対する電圧ＶＨまたは電圧ＶＬの供給経路にトランジスタ等のスイッチを配してもよい。
本実施形態では、カウンタ回路２１１を用いる構成が示されているが、カウンタ回路２１１の代わりに、時間・デジタル変換回路（Ｔｉｍｅ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下、ＴＤＣ）およびメモリが用いられてもよい。この場合は、光電変換装置１００は、パルス検出タイミングを取得する光電変換装置として機能しうる。この場合、波形整形部２１０から出力されるパルス信号の発生タイミングがＴＤＣによってデジタル信号に変換される。ＴＤＣには、パルス信号のタイミングの測定のために、垂直走査回路１１０から駆動線を介して制御パルスｐＲＥＦ（参照信号）が供給されうる。ＴＤＣは、制御パルスｐＲＥＦを基準として、波形整形部２１０から出力される信号の入力タイミングを示すデジタル信号を生成する。
図２の構成例では、ＡＰＤ２０１のアノードが電圧ＶＬの供給ラインに接続され、ＡＰＤ２０１のカソードと電圧ＶＨの供給ラインとの間にクエンチ素子２０２が接続され、該カソードが波形整形部２１０の入力端子に接続されている。この場合、信号電荷は電子である。このような構成に代えて、ＡＰＤ２０１のカソードが電圧ＶＨの供給ラインに接続され、ＡＰＤ２０１のアノードと電圧ＶＬの供給ラインとの間にクエンチ素子２０２が接続され、該アノードが波形整形部２１０の入力端子に接続されてもよい。この場合、信号電荷は正孔である。
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照しながらＡＰＤ２０１を用いた光子の検出を説明する。図３（ａ）には、画素１０４の一部を構成するＡＰＤ２０１、クエンチ素子２０２および波形整形部２１０が示されている。波形整形部２１０の入力側をｎｏｄｅＡ、出力側をｎｏｄｅＢとする。図３（ｂ）には、図３（ａ）のｎｏｄｅＡの電圧波形が示され、図３（ｃ）には、図３（ａ）のｎｏｄｅＢの電圧波形が示されている。
時刻ｔ０からｔ１までの間において、図３（ａ）のＡＰＤ２０１には、ＶＨ－ＶＬの電位差が印加されている。時刻ｔ１において光子が入射すると、クエンチ素子２０２にアバランシェ増倍電流が流れ、ｎｏｄｅＡの電圧が降下する。電圧降下量がさらに大きくなり、ＡＰＤ２０１に印加される電位差が小さくなると、ＡＰＤ２０１のアバランシェ増倍が停止し、ｎｏｄｅＡの電圧レベルはある一定値以上降下しなくなる。その後、ｎｏｄｅＡには電圧降下分を補う電流が流れ、時刻ｔ３においてｎｏｄｅＡは元の電位レベルに整定する。ｎｏｄｅＡの電圧波形は、波形整形部２１０で整形される。具体的には、ｎｏｄｅＡの電圧が閾値を越えた部分においてアクティブレベルとなる信号が波形整形部２１０から出力される。
図４には、画素アレイ１０１の第１実施形態の平面図あるいは平面視が示されている。図５、図６には、図４の一部分の拡大図が示されている。図７には、図４のＸ-Ｘ’の断面図が示されている。光電変換装置１００は、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を有する半導体層３０１を含む。図４および図５は、第１面Ｓ１に対する正射影として理解されてもよいし、第２面Ｓ２に対する正射影として理解されてもよい。以下の説明において、第１導電型と第２導電型とは、互いに異なる導電型である。第１導電型がｎ型である場合には第２導電型はｐ型であり、第１導電型がｐ型である場合には第２導電型はｎ型である。なお、図４、図５、図６、図７において、説明の簡単化のために信号処理部１０３は省略されている。以降で参照される他の図面についても同様である。第１導電型を有する領域および第２導電型を有する領域は、いずれも半導体領域であり、換言すれば不純物半導体領域である。以後の説明において、第１導電型の領域の不純物濃度は、該領域が第１導電型不純物の他に第２導電型不純物を含む場合には、第１導電型不純物の濃度から第２導電型不純物の濃度を差し引いた正味の不純物濃度を意味する。同様に、第２導電型の領域の不純物濃度は、該領域が第２導電型不純物の他に第１導電型不純物を含む場合には、第２導電型不純物の濃度から第１導電型不純物の濃度を差し引いた正味の不純物濃度を意味する。
画素１０４は、第１導電型の第１領域３１１と、第２導電型の第２領域３１２と、第２導電型の分離領域３１４と、第２導電型のコンタクト領域３１６とを含みうる。第１領域３１１は、半導体層３０１の第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間に配置される。第２領域３１２は、半導体層３０１の第２面Ｓ２と第１領域３１１との間に配置されうる。第２領域３１２は、第１領域３１１から離隔して配置されうる。なお、第１領域３１１と第２領域３１２とは接していてもよい。第２領域３１２は、第１領域３１１とともにＡＰＤ２０１を構成しうる。第１領域３１１は、ＡＰＤ２０１のカソードであり、第２領域３１２は、ＡＰＤ２０１のアノードでありうる。あるいは、第１領域３１１は、ＡＰＤ２０１のアノードであり、第２領域３１２は、ＡＰＤ２０１のカソードでありうる。
平面図あるいは平面視（第１面Ｓ１に対する正射影）において、分離領域３１４は、第２領域３１２を取り囲むように第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間に配置されうる。また、分離領域３１４は、第１領域３１１を取り囲むように第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間に配置されうる。分離領域３１４の境界は、第１面Ｓ１を含んでもよいし、第１面Ｓ１を含まなくてもよい。分離領域３１４の境界は、第２面Ｓ２を含んでもよいし、第２面Ｓ２を含まなくてもよい。コンタクト領域３１６は、分離領域３１４に接するように配置されうる。コンタクト領域３１６の第２導電型の不純物濃度は、分離領域３１４の第２導電型の不純物濃度よりも高くてよい。コンタクト領域３１６は、その側面が分離領域３１４によって取り囲まれるように配置されてもよいし、分離領域３１４と接触するように配置されてもよい。コンタクト領域３１６は、分離領域３１４の第１面Ｓ１側の端面の全域を覆うように配置されてもよい。コンタクト領域３１６は、少なくともその一部が、分離領域３１４と接することが好ましい。これにより、後述する第２コンタクトプラグ３２２からコンタクト領域３１６を介して分離領域３１４に電位を供給することができる。また、分離領域３１４と第２領域３１２とが接する場合には、分離領域３１４を介して第２領域３１２に電位を供給することができる。
画素１０４は、第１領域３１１に電気的に接続された第１コンタクトプラグ３２１を含みうる。また、画素１０４は、コンタクト領域３１６に電気的に接続された第２コンタクトプラグ３２２を含みうる。画素１０４は、第１導電型の３１３のリング状領域３１３を更に含んでもよい。リング状領域３１３の第１導電型の不純物濃度は、第１領域３１１の第１導電型の不純物濃度よりも低くてよい。リング状領域３１３は、第１領域３１１と分離領域３１４および／またはコンタクト領域３１６との間の領域における電界の局所的な集中を緩和するように機能しうる。リング状領域３１３は、第１領域３１１の側面を覆うように配置されうる。リング状領域３１３は、第１領域３１１の面のうち第２領域３１２に対向する対向面のうち中央部を覆わず、該中央部の外側の周辺部の全部または一部を覆うように配置されうる。第２領域３１２は、リング状領域３１３から離隔して配置されうる。分離領域３１４は、リング状領域３１３から離隔して配置されうる。図４乃至図６では、リング状領域３１３は円形であるが、リング状領域３１３は矩形や多角形であってもよい。
画素１０４は、第３領域３００を含んでもよい。第３領域３００は、第１導電型の第１領域３１１と第２導電型の第２領域３１２との間、および、第１導電型のリング状領域３１３と第２導電型の第２領域３１２との間に配置された第１導電型の領域でありうる。この場合、第３領域３００の第１導電型の不純物濃度は、リング状領域３１３の第１導電型の不純物濃度より低い。あるいは、第３領域３００は、第１導電型の第１領域３１１と第２の導電型の第２領域３１２との間、および、第１導電型のリング状領域３１３と第２導電型の第２領域３１２との間に配置された第２導電型の領域でありうる。この場合、第３領域３００の第２導電型の不純物濃度は、第２領域３１２および分離領域３１４の第２導電型の不純物濃度より低い。
画素１０４は、第２導電型の第４領域３１５を更に含んでもよい。第４領域３１５は、第２領域３１２と第２面Ｓ２との間に配置されうる。第４領域３１５の境界は、第２面Ｓ２を含んでもよいし、含まなくてもよい。第２導電型の第２領域３１２と第２導電型の第４領域３１５との間には、第２領域３１２および第４領域３１５の第２不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第２導電型の領域が配置されうる。あるいは、第２導電型の第２領域３１２と第２導電型の第４領域３１５との間には、第１導電型の領域が配置されうる。第２領域３１２と第４領域３１５との間の領域において生成された電荷は、第１領域３１１と第２領域３１２とにより形成される強電界領域へと収集される。そして、生成された電荷により強電界領域でアバランシェ増倍が生じる。第４領域３１５と分離領域３１４とは接することが好ましい。これにより、第２領域３１２と第４領域３１５との間の領域を、第２領域３１２、分離領域３１４、第４領域３１５で取り囲み、生成された電荷を強電界領域へと収集しやすくなる。
第２コンタクトプラグ３２２および第２導電型のコンタクト領域３１６は、少なくとも２つの画素１０４、例えば４つの画素１０４によって共有されうる。例えば、第２コンタクトプラグ３２２は、４つの画素１０４によって取り囲まれ、かつ該４つの画素によって共有されうる。他の観点において、第２コンタクトプラグ３２２の個数は、第１コンタクトプラグ３２１の個数より少ない。第２コンタクトプラグ３２２を共有する４つの画素１０４は、第２コンタクトプラグ３２２に関して対称性（点対称性）を有するように配置されうる。他の観点において、任意に抽出されうる隣り合う４つの画素１０４は、それらの中心に関して対称性（点対称性）を有するように配置されうる。他の観点において、第２領域３１２は、矩形の形状を有し、第２領域３１２に割り当てられた第２コンタクトプラグ３２２は、第２領域３１２の４つの対角方向のうちの１つの対角方向に配置されうる。あるいは、第３領域３００は、矩形の形状を有し、第３領域３００に割り当てられた第２コンタクトプラグ３２２は、第３領域３００の４つの対角方向のうちの１つの対角方向に配置されうる。
カソードを構成する第１領域３１１に電気的に接続された第１コンタクトプラグ３２１には、クエンチ素子２０２を介して電圧ＶＨが供給されうる。アノードを構成する第２領域３１２に分離領域３１４を介して電気的に接続された第２コンタクトプラグ３２２には、カソードに供給される電圧ＶＨよりも低い電圧ＶＬが供給されうる。アノードとカソードには、ＡＰＤ２０１がアバランシェ増倍動作をするように逆バイアス電圧が供給されうる。このような逆バイアス電圧によって、第１領域３１１と第２領域３１２との間のアバランシェ倍増領域３０２において、入射光の光電変換によって生じる電荷がアバランシェ増倍を引き起こし、アバランシェ電流が流れる。
画素１０４のサイズの縮小に伴って、第１導電型の第１領域３１１と第２導電型のコンタクト領域３１６との間の距離が小さくなると、第１領域３１１とコンタクト領域３１６との間に局所的な高電界領域が形成されうる。そこで、第１導電型の第１領域３１１と第２導電型のコンタクト領域３１６との距離は、可能な限り大きくされるべきである。
図５に示されるように、平面図あるいは平面視（第１面Ｓ１に対する正射影）において、Ｄ２＞Ｄ１を満たすことが好ましい。ここで、Ｄ１は、第２領域３１２（第３領域３００）の中心Ｃ１と第２コンタクトプラグ３２２の中心との距離Ｄ１である。Ｄ２は、第１コンタクトプラグ３２１の中心と第２コンタクトプラグ３２２の中心との距離である。
他の観点において、図６に示されるように、平面図あるいは平面視（第１面Ｓ１に対する正射影）において、Ｌ１＞０．５Ｌ２を満たすことが好ましい。ここで、Ｌ１は、第２コンタクトプラグ３２２の中心と複数の第１コンタクトプラグ３２１のうち第２コンタクトプラグ３２２に最も近い第１コンタクトプラグ（これを「最近第１コンタクトプラグ」という。）３２１ａの中心との距離である。Ｌ２は、第２コンタクトプラグ３２２の中心と最近第１コンタクトプラグ３２１ａの中心とを通る直線上（直線ＳＬ上）において、複数の第１領域３１１のうち最近第１コンタクトプラグ３２１ａが接続された第１領域（これを「最近第１領域」という。）３１１ａと複数の第１領域３１１のうち最近第１領域３１１ａに最も近い第１領域（これを「隣接第１領域」という。）３１１ｂとの距離である。
また、他の観点において、図６に示されるように、平面図あるいは平面視（第１面Ｓ１に対する正射影）において、Ｌ３＞Ｌ４を満たすことが好ましい。ここで、Ｌ３とＬ４は、コンタクト領域３１６、コンタクト領域３１６に接する分離領域３１４の第１部分Ｐ１、第１領域３１１、分離領域３１４の第２部分Ｐ２とを通る直線上に位置する。第１領域３１２は、コンタクト領域３１６と分離領域３１４の第２部分Ｐ２との間に位置する。Ｌ３は、コンタクト領域３１６と第１領域３１１との距離である。また、Ｌ４は、分離領域３１４の第２部分と第１領域３１１との距離である。第２部分Ｐ２はコンタクト領域３１６が配されていない分離領域３１４である。
このような構成によれば、第１導電型の第１領域３１１と第２導電型のコンタクト領域３１６との間の電界は、画素１０４のサイズの縮小による影響を受けにくくなる。つまり、画素１０４のサイズの縮小によるＤＣＲの増加を抑制することができる。
図８には、画素アレイ１０１の第２実施形態の平面図あるいは平面視が示されている。第２実施形態では、第１実施形態として例示された構成と同様に、半導体層３０１に配置された複数の画素１０４によって矩形の画素アレイ１０１が構成される。各画素１０４は、ＡＰＤ２０１を含む光電変換部１０２を含む。複数の画素１０４は、半導体層３０１に配置される。また、第２コンタクトプラグ３２２は、画素アレイ１０１の対角方向の各位置に配置され、第２コンタクトプラグ３２２の総数は４である。第２実施形態では、第２コンタクトプラグ３２２が電気的に接続されたコンタクト領域３１６からの暗電子を減らすために有利であり、これはＤＣＲを低減するために効果的である。第２実施形態においても、図５、図６を参照して説明した構成を採用することができ、これによりＤＣＲの増加を抑制することができる。
図９には、画素アレイ１０１の第３実施形態の平面図あるいは平面視が示されている。第３実施形態の構成は、第２実施形態の変形例であり、第３実施形態として言及しない事項は、第１および／または第２実施形態に従いうる。第３実施形態では、画素アレイ１０１の４隅の画素１０４については、図５、図６を参照して説明した構成が採用される。他の画素１０４については、第１コンタクトプラグ３２１は、第２領域３１２および／または第４領域３１５の中心に配置されうるが、該中心からずれた位置に配置されてもよい。他の観点において、４隅の画素１０４以外の画素１０４は、等間隔で配置されてよく、このような構成は、複数の画素１０４において、光電変換された電荷が信号として検出されるまでの時間ばらつきを低減することができる。
図１０には、画素アレイ１０１の第４実施形態の平面図あるいは平面視が示されている。第４実施形態の構成は、第１実施形態の変形例であり、第４実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第４実施形態では、第１実施形態として例示された構成と同様に、半導体層３０１に配置された複数の画素１０４によって矩形の画素アレイ１０１が構成される。各画素１０４は、ＡＰＤ２０１を含む光電変換部１０２を含む。第４実施形態の光電変換装置１００は、複数の第２コンタクトプラグ３２２を有し、複数の第２コンタクトプラグ３２２は、２つの第２コンタクトプラグ３２２によって少なくとも２つの画素１０４が挟まれるように配置されうる。一例において、複数の第２コンタクトプラグ３２２は、２つの第２コンタクトプラグ３２２によって、行方向（信号線１１３に直交する方向）に並んだ少なくとも２つの画素１０４が挟まれるように配置されうる。他の例において、第２コンタクトプラグ３２２によって少なくとも２つの画素１０４が挟まれるように配置されうる。一例において、複数の第２コンタクトプラグ３２２は、２つの第２コンタクトプラグ３２２によって、列方向（信号線１１３に平行な方向）に並んだ少なくとも２つの画素１０４が挟まれるように配置されうる。第４実施形態においても、図５、図６を参照して説明した構成を採用することができ、これによりＤＣＲの増加を抑制することができる。
第４実施形態は、一例において、２つの第２コンタクトプラグ３２２によって２つの画素１０４が挟まれるように配置されるように実施することができる。このような構成では、第１実施形態として例示されたように４つの画素１０４で１つの第２コンタクトプラグ３２２が共有される構成よりも第２コンタクトプラグ３２２の個数が多い。ＡＰＤの動作時の電圧降下量を抑制するために有利である。
図１１には、画素アレイ１０１の第５実施形態の平面図あるいは平面視が示されている。第５実施形態の構成は、第１実施形態の変形例であり、第５実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第５実施形態では、第１実施形態として例示された構成と同様に、半導体層３０１に配置された複数の画素１０４によって矩形の画素アレイ１０１が構成される。各画素１０４は、ＡＰＤ２０１を含む光電変換部１０２を含む。
第５実施形態では、仮想矩形の頂点に配置された４つの第２コンタクトプラグ３２２によって囲まれる４つの画素１０４のグループにおいて、４つのリング状領域３１３が結合して配置されている。このような構成は、画素１０４のサイズがより縮小された場合においても図６を参照して説明した条件を満たすために有利である。
図１２には、画素アレイ１０１の第６実施形態の平面図あるいは平面視が示されている。第６実施形態の構成は、第１乃至第５実施形態の変形例あるいは応用例であり、第６実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第６実施形態では、第１実施形態として例示された構成と同様に、半導体層３０１に配置された複数の画素１０４によって矩形の画素アレイ１０１が構成される。各画素１０４は、ＡＰＤ２０１を含む光電変換部１０２を含む。第６実施形態の光電変換装置１００は、各画素１０４にマイクロレンズ３３１が設けられている。マイクロレンズ３３１は、例えば、第１面Ｓ１の側に設けられうるが、第２面Ｓ２の側に設けられてもよい。マイクロレンズ３３１が第１面Ｓ１の側に設けられる場合、マイクロレンズ３３１と第２面Ｓ２との間に第１面Ｓ１が位置する。マイクロレンズ３３１が第２面Ｓ２の側に設けられる場合、マイクロレンズ３３１と第１面Ｓ１との間に第２面Ｓ２が位置する。
第１面Ｓ１に対する正射影において、マイクロレンズ３３１は、マイクロレンズ３３１の中心が第２領域３１２の中心と一致するように配置されうる。あるいは、第１面Ｓ１に対する正射影において、マイクロレンズ３３１は、マイクロレンズ３３１の中心が第３領域３００の中心と一致するように配置されうる。
一例において、第１コンタクトプラグ３２１は、第１コンタクトプラグ３２１の中心が第２領域３１２の中心からずれるように配置され、マイクロレンズ３３１は、マイクロレンズ３３１の中心が第２領域３１２の中心と一致するように配置されうる。一例において、第１コンタクトプラグ３２１は、第１コンタクトプラグ３２１の中心が第３領域３００の中心からずれるように配置され、マイクロレンズ３３１は、マイクロレンズ３３１の中心が第３領域３００の中心と一致するように配置されうる。このような構成は、マイクロレンズ３３１が第１面Ｓ１の側に設けられる場合において、光あるいは光子をＡＰＤ２０１が効率的に受けるために有利である。
図１３には、画素アレイ１０１の第７実施形態の平面図あるいは平面視が示されている。第７実施形態の構成は、第１乃至第６実施形態の変形例あるいは応用例であり、第７実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第７実施形態では、第１実施形態として例示された構成と同様に、半導体層３０１に配置された複数の画素１０４によって矩形の画素アレイ１０１が構成される。第７実施形態は、裏面照射型として構成された光電変換装置１００の例を提供する。コンタクト領域３１６は、第２面Ｓ２の側に配され、第２コンタクトプラグ３２２も第２面Ｓ２の側に配置される。第２コンタクトプラグ３２２には、例えば、電圧ＶＬを供給する電圧ライン３３２が電気的に接続されうる。このような構成によれば、第１導電型の第１領域３１１と第２導電型のコンタクト領域３１６との間の電界は、画素１０４のサイズの縮小とは無関係になる。よって、画素１０４のサイズの縮小によるＤＣＲの増加を抑制することができる。
コンタクト領域３１６は、分離領域３１４と接するように配置されうる。また、コンタクト領域３１６は、第４領域３１５と接するように配置されうる。一例において、コンタクト領域３１６の側面は、第４領域３１５と接触し、第４領域３１５によって取り囲まれる。他の例において、コンタクト領域３１６の側面は、分離領域３１４と接触し、分離領域３１４によって取り囲まれる。
分離領域３１４の第１面Ｓ１側の端面は、第１面Ｓ１と第２面Ｓ２との間に配置されうる。他の観点において、分離領域３１４の第１面Ｓ１側の端面は、第１面Ｓ１から離隔して配置されうる。このような構成によれば、第１導電型の第１領域３１１と第２導電型の分離領域３１４との間の電界は、画素１０４のサイズの縮小による影響を受けにくくなる。つまり、画素１０４のサイズの縮小によるＤＣＲの増加を抑制することができる。
他の例において、分離領域３１４の第１面Ｓ１側の端面は、第１面Ｓ１に一致してもよい。このような構成は、画素１０４間の分離特性の改善に有利である。
以下、上記の各実施形態の光電変換装置を用いた光電変換システムの一例を説明する。
図１４は、本実施形態に係る光電変換システム１２００の構成を示すブロック図である。本実施形態の光電変換システム１２００は、光電変換装置１２１５を含む。ここで、光電変換装置１２１５は、上述の実施形態で述べた光電変換装置のいずれかを適用することができる。光電変換システム１２００は例えば、撮像システムとして用いることができる。撮像システムの具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ等が挙げられる。図１４では、光電変換システム１２００としてデジタルスチルカメラの例を示している。
図１４に示す光電変換システム１２００は、光電変換装置１２１５、被写体の光学像を光電変換装置１２１５に結像させるレンズ１２１３、レンズ１２１３を通過する光量を可変にするための絞り１２１４、レンズ１２１３の保護のためのバリア１２１２を有する。レンズ１２１３および絞り１２１４は、光電変換装置１２１５に光を集光する光学系である。
光電変換システム１２００は、光電変換装置１２１５から出力される出力信号の処理を行う信号処理部１２１６を有する。信号処理部１２１６は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。光電変換システム１２００は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部１２０６、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）１２０９を有する。更に光電変換システム１２００は、撮像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体１２１１、記録媒体１２１１に記録または読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）１２１０を有する。記録媒体１２１１は、光電変換システム１２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。また、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部１２１０から記録媒体１２１１との通信や外部Ｉ／Ｆ部１２０９からの通信は無線によってなされてもよい。
更に光電変換システム１２００は、各種演算を行うとともにデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部１２０８、光電変換装置１２１５と信号処理部１２１６に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部１２１７を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、光電変換システム１２００は、少なくとも光電変換装置１２１５と、光電変換装置１２１５から出力された出力信号を処理する信号処理部１２１６とを有すればよい。第４の実施形態にて説明したようにタイミング発生部１２１７は光電変換装置に搭載されていてもよい。全体制御・演算部１２０８およびタイミング発生部１２１７は、光電変換装置１２１５の制御機能の一部または全部を実施するように構成してもよい。
光電変換装置１２１５は、画像用信号を信号処理部１２１６に出力する。信号処理部１２１６は、光電変換装置１２１５から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部１２１６は、画像用信号を用いて、画像を生成する。また、信号処理部１２１６は、光電変換装置１２１５から出力される信号に対して測距演算を行ってもよい。なお、信号処理部１２１６やタイミング発生部１２１７は、光電変換装置に搭載されていてもよい。つまり、信号処理部１２１６やタイミング発生部１２１７は、画素が配された基板に設けられていてもよいし、別の基板に設けられている構成であってもよい。上述した各実施形態の光電変換装置を用いて撮像システムを構成することにより、より良質の画像が取得可能な撮像システムを実現することができる。
本実施形態の光電変換システムおよび移動体について、図１５及び図１６を用いて説明する。図１５は、本実施形態による光電変換システムおよび移動体の構成例を示す概略図である。図１６は、本実施形態による光電変換システムの動作を示すフロー図である。本実施形態では、光電変換システムとして、車載カメラの一例を示す。
図１５は、車両システムとこれに搭載される撮像を行う光電変換システムの一例を示したものである。光電変換システム１３０１は、光電変換装置１３０２、画像前処理部１３１５、集積回路１３０３、光学系１３１４を含む。光学系１３１４は、光電変換装置１３０２に被写体の光学像を結像する。光電変換装置１３０２は、光学系１３１４により結像された被写体の光学像を電気信号に変換する。光電変換装置１３０２は、上述の各実施形態のいずれかの光電変換装置である。画像前処理部１３１５は、光電変換装置１３０２から出力された信号に対して所定の信号処理を行う。画像前処理部１３１５の機能は、光電変換装置１３０２内に組み込まれていてもよい。光電変換システム１３０１には、光学系１３１４、光電変換装置１３０２および画像前処理部１３１５が、少なくとも２組設けられており、各組の画像前処理部１３１５からの出力が集積回路１３０３に入力されるようになっている。
集積回路１３０３は、撮像システム用途向けの集積回路であり、メモリ１３０５を含む画像処理部１３０４、光学測距部１３０６、測距演算部１３０７、物体認知部１３０８、異常検出部１３０９を含む。画像処理部１３０４は、画像前処理部１３１５の出力信号に対して、現像処理や欠陥補正等の画像処理を行う。メモリ１３０５は、撮像画像の一次記憶、撮像画素の欠陥位置を格納する。光学測距部１３０６は、被写体の合焦や、測距を行う。測距演算部１３０７は、複数の光電変換装置１３０２により取得された複数の画像データから測距情報の算出を行う。物体認知部１３０８は、車、道、標識、人等の被写体の認知を行う。異常検出部１３０９は、光電変換装置１３０２の異常を検出すると、主制御部１３１３に異常を発報する。
集積回路１３０３は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）やＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
主制御部１３１３は、光電変換システム１３０１、車両センサ１３１０、制御ユニット１３２０等の動作を統括・制御する。主制御部１３１３を持たず、光電変換システム１３０１、車両センサ１３１０、制御ユニット１３２０が個別に通信インターフェースを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う（例えばＣＡＮ規格）方法も取り得る。
集積回路１３０３は、主制御部１３１３からの制御信号を受け或いは自身の制御部によって、光電変換装置１３０２へ制御信号や設定値を送信する機能を有する。
光電変換システム１３０１は、車両センサ１３１０に接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの自車両走行状態および自車外環境や他車・障害物の状態を検出することができる。車両センサ１３１０は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段でもある。また、光電変換システム１３０１は、自動操舵、自動巡行、衝突防止機能等の種々の運転支援を行う運転支援制御部１３１１に接続されている。特に、衝突判定機能に関しては、光電変換システム１３０１や車両センサ１３１０の検出結果を基に他車・障害物との衝突推定・衝突有無を判定する。これにより、衝突が推定される場合の回避制御、衝突時の安全装置起動を行う。
また、光電変換システム１３０１は、衝突判定部での判定結果に基づいて、ドライバーに警報を発する警報装置１３１２にも接続されている。例えば、衝突判定部の判定結果として衝突可能性が高い場合、主制御部１３１３は、ブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして、衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置１３１２は、音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムやメーターパネルなどの表示部画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどし
てユーザに警告を行う。
てユーザに警告を行う。
発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。
１０４：画素、３００：第３領域、３０１：半導体層、３１１：第１領域、３１２：第２領域、３１３：リング状領域、３１４：分離領域、３１５：リング状領域、３１６：コンタクト領域、３２１：第１コンタクトプラグ、３２２：第２コンタクトプラグ、Ｓ１：第１面、Ｓ２：第２面
Claims (20)
- 第１面および第２面を有する半導体層に配置された第１導電型の第１領域と、
前記第２面と前記第１領域との間に配置され、前記第１領域とともにアバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の第２領域と、
前記第１面に対する正射影において前記第２領域を取り囲むように、前記第１面と前記第２面との間に配置された前記第２導電型の分離領域と、
前記分離領域に接するように配置された前記第２導電型のコンタクト領域と、
前記第１領域に接続された第１コンタクトプラグと、
前記コンタクト領域に接続された第２コンタクトプラグと、を含み、
前記第１面に対する正射影において、前記第１コンタクトプラグの中心と前記第２コンタクトプラグの中心との距離は、前記第２領域の中心と前記第２コンタクトプラグの中心との距離より大きい、
ことを特徴とする光電変換装置。 - 第１面および第２面を有する半導体層に配置された第１導電型の複数の第１領域と、
前記第２面と前記第１領域との間に配置され、前記複数の第１領域のうち対応する１つの第１領域とともに各々がアバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の複数の第２領域と、
前記第１面に対する正射影において、前記複数の第２領域を取り囲むように前記第１面と前記第２面との間に配置された前記第２導電型の分離領域と、
前記分離領域に接するように配置された前記第２導電型のコンタクト領域と、
前記複数の前記第１領域にそれぞれ接続された複数の第１コンタクトプラグと、
前記コンタクト領域に接続された第２コンタクトプラグと、を含み、
前記第１面に対する正射影において、前記第２コンタクトプラグの中心と前記複数の第１コンタクトプラグのうち前記第２コンタクトプラグに最も近い最近第１コンタクトプラグの中心との距離をＬ１、前記第２コンタクトプラグの中心と前記最近第１コンタクトプラグの中心とを通る直線上において、前記複数の第１領域のうち前記最近第１コンタクトプラグが接続された最近第１領域と前記複数の第１領域のうち前記最近第１領域に最も近い隣接第１領域との距離をＬ２としたときに、Ｌ１＞０．５Ｌ２である、
ことを特徴とする光電変換装置。 - 第１面および第２面を有する半導体層に配置された第１導電型の第１領域と、
前記第２面と前記第１領域との間に配置され、前記第１領域とともにアバランシェフォトダイオードを構成する第２導電型の第２領域と、
前記第１面に対する正射影において前記第２領域を取り囲むように、前記第１面と前記第２面との間に配置された前記第２導電型の分離領域と、
前記分離領域に接するように配置された前記第２導電型のコンタクト領域と、
前記第１領域に接続された第１コンタクトプラグと、
前記コンタクト領域に接続された第２コンタクトプラグと、を含み、
前記第１面に対する正射影において、前記分離領域の第１部分に接するように配置された前記コンタクト領域と前記分離領域の第２部分との間に位置するように前記第１領域が配置され、
前記第１面に対する正射影において、前記第１部分、前記コンタクト領域、前記第１領域、および前記第２部分を通る直線において、前記コンタクト領域と前記第１領域との距離は、前記第２部分と前記第１領域との距離よりも大きい、
ことを特徴とする光電変換装置。 - 前記第２領域は、矩形の形状を有し、前記第２コンタクトプラグは、前記矩形の対角方向に配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 前記第２コンタクトプラグの個数が前記第１コンタクトプラグの個数より少ない、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - １つの画素が１つの前記アバランシェフォトダイオードを含むように複数の画素が前記半導体層に配置され、
少なくとも２つの画素によって前記第２コンタクトプラグが共有されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 前記第２コンタクトプラグを共有する前記少なくとも２つの画素が前記第２コンタクトプラグに関して対称性を有するように配置されている、
ことを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。 - マイクロレンズを更に含み、
前記正射影において、前記マイクロレンズの中心は、前記第２領域の中心と一致している、
ことを特徴とする請求項６又は７に記載の光電変換装置。 - １つの画素が１つの前記アバランシェフォトダイオードを含むように複数の画素が前記半導体層に配置され、
前記第２コンタクトプラグは、前記複数の画素のうち４つの画素によって取り囲まれ、かつ前記４つの画素によって共有されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - １つの画素が１つの前記アバランシェフォトダイオードを含むように複数の画素が前記半導体層に配置され、
前記複数の画素は、矩形の画素アレイを構成するように配置され、
前記第２コンタクトプラグは、前記画素アレイの対角方向の各位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - １つの画素が１つの前記アバランシェフォトダイオードを含むように複数の画素が前記半導体層に配置され、
前記複数の画素は、矩形の画素アレイを構成するように配置され、
２つの前記第２コンタクトプラグによって前記複数の画素のうち少なくとも２つの画素が挟まれている、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 前記第２領域は、前記第１領域から離隔して配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 前記第１領域の側面を覆うように配置され、前記第１領域の前記第１導電型の不純物濃度より低い前記第１導電型の不純物濃度のリング状領域を更に含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載の光電変換装置。 - 前記第２領域は、前記リング状領域から離隔して配置されている、
ことを特徴とする請求項１３に記載の光電変換装置。 - 前記分離領域は、前記リング状領域から離隔して配置されている、
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光電変換装置。 - １つの画素の前記リング状領域が他の画素の前記リング状領域と結合している、
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 前記第１領域と前記第２領域との間、および、前記リング状領域と前記第２領域との間に前記第１導電型の第３領域を有し、
前記第３領域の前記第１導電型の不純物濃度は、前記リング状領域の前記第１導電型の不純物濃度より低い、
ことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 前記第１領域と前記第２領域との間、および、前記リング状領域と前記第２領域との間に前記第２導電型の第３領域を有し、
前記第３領域の前記第２導電型の不純物濃度は、前記第２領域および前記分離領域の前記第２導電型の不純物濃度より低い、
ことを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置が出力する信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とする光電変換システム。 - 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく測距情報から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、を有する移動体であって、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段をさらに有することを特徴とする移動体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021008942A JP2022112912A (ja) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 光電変換装置、光電変換システムおよび移動体 |
| US17/574,651 US20220238743A1 (en) | 2021-01-22 | 2022-01-13 | Photoelectric conversion device, photoelectric conversion system, and moving body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2021008942A JP2022112912A (ja) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 光電変換装置、光電変換システムおよび移動体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022112912A true JP2022112912A (ja) | 2022-08-03 |
| JP2022112912A5 JP2022112912A5 (ja) | 2024-01-30 |
Family
ID=82495079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021008942A Pending JP2022112912A (ja) | 2021-01-22 | 2021-01-22 | 光電変換装置、光電変換システムおよび移動体 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220238743A1 (ja) |
| JP (1) | JP2022112912A (ja) |
-
2021
- 2021-01-22 JP JP2021008942A patent/JP2022112912A/ja active Pending
-
2022
- 2022-01-13 US US17/574,651 patent/US20220238743A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220238743A1 (en) | 2022-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6701135B2 (ja) | 光検出装置および光検出システム | |
| US20180270405A1 (en) | Imaging device and imaging system | |
| JP6921508B2 (ja) | 光検出装置および光検出システム | |
| US11742364B2 (en) | Photoelectric conversion device, imaging system, and mobile apparatus | |
| US11658197B2 (en) | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving object | |
| JP7353765B2 (ja) | 光検出装置、光検出システム及び移動体 | |
| JP6953263B2 (ja) | 固体撮像装置および撮像システム | |
| US11601608B2 (en) | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving body | |
| US10833207B2 (en) | Photo-detection device, photo-detection system, and mobile apparatus | |
| US11189742B2 (en) | Photo-detection device, photo-detection system, and mobile apparatus | |
| US11817464B2 (en) | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving body | |
| JP2020167348A (ja) | 光電変換装置、光電変換システム、および移動体 | |
| US20230369373A1 (en) | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and mobile body | |
| JP2022112912A (ja) | 光電変換装置、光電変換システムおよび移動体 | |
| US20220026542A1 (en) | Optical detection apparatus and optical detection system | |
| US11140348B2 (en) | AD conversion device, imaging device, imaging system, and mobile apparatus | |
| JP7182978B2 (ja) | 光検出装置、光検出システム | |
| US11575822B2 (en) | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and moving body | |
| JP7379117B2 (ja) | 光電変換装置及び光電変換システム | |
| US20230163229A1 (en) | Photoelectric conversion element and photoelectric conversion device | |
| JP7438730B2 (ja) | 光電変換装置、撮像システム及び移動体 | |
| US20230387173A1 (en) | Photoelectric conversion device having expanded dynamic range and transfer electrodes | |
| US20240098381A1 (en) | Imaging device, imaging system, moving body, and instrument | |
| JP2023174479A (ja) | 光電変換装置 | |
| JP2020096147A (ja) | 光電変換装置、光電変換システム、移動体 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240122 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240122 |